水凝胶的研究进展(课堂PPT)

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（二）环境敏感性
环境敏感水凝胶
---------又称智能水凝胶，根据环境变化的类 型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种 类型：温敏水凝胶，PH敏水凝胶，盐敏水 凝胶，光敏水凝胶，电场感应水凝胶，形 状记忆水凝胶，非离子型水凝胶溶胀性只 取决于聚合物的化学成分，而与外界环境 无关。
温（热）敏水凝胶
水凝胶是具有三维网络结构的交联聚合物, 它能够在水中溶胀至平衡并保持大量水分, 而又不溶解于水。水凝胶是一种重要的功 能高分子材料
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水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团， 能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结 构的聚合物。是以水为分散介质的凝胶。 具有网状交联结构的水溶性高分子中引入 一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与 水分子结合，将水分子连接在网状内部， 而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一 种高分子网络体系，性质柔软，能保持一 定的形状，能吸收大量的水
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（一）溶胀性
水凝胶在水中可显著溶胀。 溶胀性（swelling)是指凝胶吸收液体后自身
体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重 要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第一 阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互 作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放 热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增 加比吸收的液体体积小）
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二、水凝胶的特点
水溶胀性，交联聚合物 亲水性，可吸水达自身重量的数千倍 三维网状结构，在水中不溶解 能够感知外界微小刺激（智能水凝胶）
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水凝胶的特点：
1.它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显 著胀之后，能够继续保持其原有结构而不被溶解；
2.良好的生物相容性、优良的物理机械性能和长期 植入的稳定性；
1.物理水凝胶，通过物理作用力结合起
来，如静电作用、氢键、链的缠绕等，是 非永久性的。
2.化学水凝胶，通过化学键交联形成的 三维网络聚合物，是永久性的。
根据合成材料分类：
1.天然高分子水凝胶
2.合成高分子水凝胶
3.天然和合成高分子杂化水凝胶
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水凝胶的性质
不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同 的物理化学性质如触变性、溶胀性、环境 敏感性和粘附性等
人眼正常的玻璃体为凝胶状，主要成分是 水，凝胶的基质为胶原和透明质酸。玻璃 体浑浊和视网膜脱落都可以引起视力下降 甚至失明。
人工玻璃体
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聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水凝胶是第一个用 作病变的玻璃体替代物的合成高聚物。作 为一种优异的病变玻璃体替代物，PVP水凝 胶具有良好的生物相溶性和生物物理光学 特性，其网状支架对眼球内的新陈代谢成 分具有良好的通透性。另外，PVP水凝胶具 有粘弹性，表现出良好的内填充作用，可 以封闭裂孔，展平视网膜。
⑵水凝胶具有良好的物理化学性质和生物 相容性,使其在药剂学中的应用备受重视,与 疏水聚合物相比,水凝胶与被载入其中的药 物或生物活性分子的相互作用影响极其微 小,可使被载入的物质长时间报持活性.
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水凝胶在药用高分子材料进展
⑶水凝胶在药物中的应用，特别是对于蛋 白质和多肽类药物的传递上具有重要的地 位。已经有应用水凝胶的设计以达到缓释 靶向和屏蔽生物药物有害影响的目的；利 用水凝外，水凝胶可以制成具有粘附性的 制剂，促进药物的靶向给药，特别是无损 伤的给药或黏膜给药，目前比较寄以期望 的天然的聚合物（如壳聚糖）和合成单体 （如丙烯酸）都具有这方面的优势。
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6.药物崩解剂
以免医药片剂或者胶囊在生产和运输过程 中碎裂，因此要求有一定的强度。服用后， 又要求能够迅速崩解，被人体吸收。而在 医药片剂或者胶囊中加入适量干的PVP凝胶， 则在服用后，凝胶吸收体液中的水分而膨 胀，在药剂内造成很大的压力，从而使药 剂迅速崩解，并且有生产和运输过程中不 会碎裂。
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聚丙烯酰胺（PAMA）
从１９９７年１０月到２０ ００年４月，采用聚丙烯酰 胺这种新型软组织填充材料 矫正面颊、颞部、下肢、等， 共２２７９例。效果良好， 并发症少、使用方便，安全 有效。
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医用聚丙烯酰胺水凝胶
‘医用聚丙烯酰胺水凝 胶’，商品名称为 “奥美 定”，俗称“人造脂肪”， 主要用于体表各种软组织 凹陷性缺损的填充、增大 组织容量。在整形医学应 用广泛。
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理想的烧伤涂敷材料，应有一定的柔软性和机 械强度，具有较强的液体吸收能力，能够透过 空气，但屏蔽细菌，水凝胶容易吸收药物，并 能释放药物，不刺激伤口。辐射交联或者化学 交联的PVP能够满足上述要求。国内已有学者成 功研制了PVP烧伤涂敷材料。
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医用水凝胶创伤敷料的优点：
1、不断降温、立即止痛 2、吸附渗液、阻隔细菌 3、湿性环境、加速愈合 4、生物相容、换药不粘 5、不易成痂、减少疤痕
3.良好的水蒸气透过率和合适的气体(如O 2 和C O 2) 通过率,而且, 水凝胶不会和伤口粘连, 敷贴及取出 极为方便； 4.能够感知外界刺激的微小变化，如 温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够 对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀或 收缩来实现。
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水凝胶在药用高分子材料进展
⑴水凝胶对低分子的溶质具有良好的透过 性，有优良的生物相容性及较好的重现性， 具有缓控释性能，很容易合成，近年来已 广泛用于各类缓控释给药系统。
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应用实例
①天然高强度水凝胶
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②丰胸充填物
目前，一些成年女性为了提升个人女性魅力而选 择手术丰胸。手术丰胸，是对胸部填充硅胶等制 品达到丰胸目的。
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③史宏伟等报道了用医用聚丙烯酰胺水凝 胶注射法治疗眼睑凹陷畸形的研究，临床 治疗眼球摘除术后眼睑凹陷23例，疗效良好。
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3.人工玻璃体
(三)粘附性
粘附（adhesion)或称黏着或称粘接。一般指 的是同种或两种不同的物体表面相粘接的 现象。
生物粘附(bioadhesion)指的是在两个生物体 表面之间形成任何结合，或一个生物体的 表面与另外一个天然或合成材料的表面粘 结的总称。在药剂学中生物粘附一般是用 来描述聚合物（包括合成的以及天然的） 与软组织（如胃肠道的膜、口腔、皮肤） 之间的黏附作用。
--------热敏的水凝胶作为原位的药物传递装
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pH敏感水凝胶
------- pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与收 缩随环境pH的变化而发生变化。 这些水凝 胶的溶胀性可随外界pH的变化发生极大的、 甚至不连续的 改变。
电解质敏感水凝胶
--------这类水凝胶对溶胀度的影响主要是阴 离子部分，离子化水凝胶的溶胀行为与收 缩行为与离子运动密切相关。阴离子型水 凝胶平衡溶胀随pH增大而增大；阳离子型 24
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水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
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关节内注射透明质酸钠凝胶治疗中早期骨性关节炎
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5.医用敷料
敷料的主要类型有两种：干型如纱布；湿 型如水凝胶。PVP水凝胶是一种类似于生命 组织的高分子材料，有良好的生物相溶性， 不影响生命体的代谢过程，并且代谢产物 可通过水凝胶排出，还可根据需要将不同 药物包埋在水凝胶内，药物可缓慢持续释 放到病变区，从而达到治愈伤口或皮肤病 的目的。医用水凝胶敷料可用于皮肤创伤、 皮肤溃疡（褥疮、结核、霉菌、真菌感染 等）、烧伤、烫伤及其它皮肤病。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
分类
传统水凝胶
这类水凝胶对环境 的变化，如PH或温 度变化不敏感
环境敏感水凝胶
这类水凝胶对温度 或PH等环境因素的 变化所给予的刺激 有非常明确或显著 的应答，能够感知 外界环境变化而发 生“体积相变”的 凝胶称为智能凝胶。 已知的外部刺激有
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水凝胶的分类
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水凝胶的分类
按照结合方式分类：
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1.医药控制释放材料
2.作为组织充填材料
水
凝
3.人工玻璃体
胶
在
4.人工软骨
医
学 方
5.医用敷料
面 的
6.药物崩解剂
应 用
7.角膜接触镜材料
进 展
8.医用美容材料
9.分析和医学诊断方面
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水凝胶在医学领域中的应用进展 1.医药控制释放材料
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2.作为组织充填材料
作为充填材料医用聚丙烯酰胺水凝胶已广 泛用于人体各部位。
水凝胶的研究进展
报告人 ： 指导人：
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什么是水凝胶？
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日常生活中常见到的水凝胶
农用保水剂
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抗旱保水剂
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西北干旱地区使用保水剂对土地保湿
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隐形眼镜
口服控释药物剂型
人造肌肉
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尿片
卫生巾
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丰胸充填物
面膜
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水凝胶降热贴
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材水 料凝
胶 ， 整 形
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一、水凝胶的定义
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眼疗贴
主要用于眼部手术、眼部水肿、眼挫伤病 人的眼外部冷敷理疗以及全麻手术病人和 深昏迷病人，预防、控制暴露性角膜炎炎 的发生，使医护工作者的眼护理操作更便 利、更安全
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退热
适用于各种原因引起的发热辅助的治疗及 应及物理降温，缓缓发热引起的头痛、头 晕等不适症状，使人体产生舒适感。对于 儿童和成人突然发热，可紧急退热，预防 高温惊厥，避免发热过度伤及脑部。
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4.人工软骨
人 造 软 骨
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人工软骨材料--聚乙烯醇水凝胶的研制，用 反复冷冻及真空脱水处理方法获得的PVA水 凝胶材料，其弹性模量和人关节软骨相近， 有希望成为理想的人工软骨材料。PVA水凝 胶的高含水性及其特殊的表面结构与天然 软骨组织非常相似，具有良好的的生物相 容性和摩擦学特性，同时该水凝胶具有类 似于天然软骨的多微孔组织，内含大量的 水，是一种可渗透材料。
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水土保湿剂
一种人工合成的具有超强吸水和 保水释放能力的高分子聚合物， 主要成分为聚丙烯酸盐（钾盐） 和聚丙烯酰胺共聚体。能迅速吸 收比自身重量数百倍的脱离子水， 数十倍至百倍的含盐水分，控制 土壤水分蒸发，以满足植物的生 长需要、促进植物根系生长发育， 同时改善土壤结构、增加土壤活 性、减少土壤板结等。
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组织填充材料
不吸收、不脱落、不碎裂， 在弥散的环境下能很好保持 水分，有较好的粘度，弹性 和柔软度，适合人体组织结 构。
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水凝胶在化状品中的应用
美颈水凝胶
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新生代的冻胶保湿修护面膜
肤维持滋润，淡化细 纹与恢复肌肤的弹性. 帮助皮肤角化细胞的 剥落，促进表皮基底 细胞层的活力，增加 细胞的代谢作用。 可 以预防皱纹的产生， 赋予肌肤活力与生气， 恢复柔嫩光滑的诱人 肌肤。
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水凝胶在药用高分子材料进展
⑷水凝胶在生物体内具有屏蔽作用，由于 它的亲水性能够增加体内的传递制剂的循 环时间，通过宿主的免疫反应以及减小吞 噬细胞的活性，例如PEG化的水凝胶纳米 粒，具有排除酶对药物的降解的作用。手 术植入的，释放药物后的残留物取出。成 功的应用降解的聚合物具有重要的前景。
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水凝胶在药用高分子材料进展
⑸硅水凝胶:是一种有机高分子材料，有亲 水性，具有双位相材料构架，即拥有氟硅 和水凝胶两种通道。常被用来制作高档隐 形眼镜。
⑹磷酸铝凝胶:为抗酸性药,能中和缓冲胃酸， 使胃内pH值升高，从而缓解胃酸过多的症 状。与氢氧化铝相比，它中和胃酸的能力 较弱而缓慢，但不引起体内磷酸盐的丢 失， 不影响磷、钙平衡。凝胶剂的磷酸铝能形 成胶体保护性薄膜隔离并保护损伤组织。
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水凝胶的应用
➢ 创伤敷料 ➢ 药物载体 ➢ 角膜接触眼镜 ➢ 形状记忆材料 ➢ 组织工程支架材料 ➢ 保水抗旱
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硅水凝胶隐形眼镜
水凝胶隐形眼镜镜片的 透氧性与其含水量有很 大的关系，一般来说含 水量高的水凝胶产品， 透氧性就会偏高，角膜 代谢的通透性高。不过 含水量高的镜片随着佩 戴长会容易吸收泪液的 水分，引起眼干的问题
材料特点：它是一类具有亲水基团能被水
溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水
可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透
扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分
的人体组织，具有较好的生物相溶性。此
外，聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不
吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下
能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和
柔软度，适合人体组织结构。